Các nhà khoa học nhắm mục tiêu vào tuyến trùng nang đậu tương bằng cách cắt đứt nguồn thức ăn của chúng

Nang đậu tương — Nghiên cứu được USDA-NIFA tại Arkansas hỗ trợ nhằm mục đích phá vỡ vòng đời của tuyến trùng nang đậu tương bằng cách làm gián đoạn khả năng ăn của chúng. Nguồn: UADA.

Các nhà khoa học nông nghiệp đang xem xét lại kế hoạch chống lại các loại ký sinh trùng thực vật gây thiệt hại hàng tỷ đô la năng suất hàng năm cho nông dân Mỹ.

Tuyến trùng ký sinh thực vật gây thiệt hại ước tính 10 tỷ đô la cho mùa màng mỗi năm chỉ riêng ở Mỹ và hơn 100 tỷ đô la trên toàn cầu. Trong số đó có tuyến trùng nang đậu tương, gây thiệt hại hơn 1 tỷ đô la mỗi năm cho sản xuất đậu tương ở Mỹ, theo Crop Protection Network.

Tuyến trùng nang đậu tương là những loài giun tròn siêu nhỏ sống trong đất và lây nhiễm vào rễ cây. Thay vì gặm nhấm rễ như côn trùng gây hại, tuyến trùng xâm nhập vào mô rễ và lập trình lại một số ít tế bào thực vật để làm nơi cũng cấp thức ăn.

“Loại sâu bệnh này có thể gây thiệt hại nghiêm trọng cho sản xuất đậu tương, đặc biệt là người trồng có thể bị mất tới 30% năng suất mà không có bất kỳ triệu chứng nào nhìn thấy được trên mặt đất”, Asia Kud, trợ lý giáo sư về tuyến trùng học thuộc Khoa côn trùng học và bệnh học thực vật của Trạm Thí nghiệm Nông nghiệp Arkansas, đơn vị nghiên cứu của Khoa Nông nghiệp, Đại học Arkansas (UADA) cho biết.

Thuốc diệt tuyến trùng hóa học, xử lý đất và kiểm soát sinh học đã đạt được những thành công khác nhau trong việc chống lại tuyến trùng nang đậu tương, và nhiều giải pháp tiềm năng đều có những hạn chế về môi trường hoặc kinh tế.

Kud cho biết khả năng kháng bệnh của cây chủ — lai tạo các giống đậu tương có thể chịu được sự nhiễm bệnh — là công cụ quản lý hiệu quả và thân thiện với môi trường nhất, nhưng tính hữu ích của nó đang giảm dần.

“Các cơ chế kháng thuốc tương tự đã được sử dụng lặp đi lặp lại trong nhiều năm. Theo thời gian, tuyến trùng thích nghi. Điều gì đó hiệu quả cách đây một thập kỷ có thể không còn hiệu quả ngày nay, vì vậy thực sự cần phải phát triển các nguồn kháng thuốc mới”, Kud nói.

Lấy đi chìa khóa kho lương thực

Để giúp tăng cường kho vũ khí chống tuyến trùng, Kud đã được trao khoản tài trợ trị giá 298,913 đô la từ Viện Nông nghiệp và Thực phẩm Quốc gia thuộc Bộ Nông nghiệp Mỹ để tiếp tục nghiên cứu chiến lược ngăn chặn các loại tuyến trùng gây hại này ăn và sinh sản. Về cơ bản, bà ấy đang lấy đi chìa khóa kho lương thực của chúng.

Tuyến trùng nang đậu tương tiêm các protein — được gọi là chất gây ảnh hưởng — trực tiếp vào các tế bào rễ cây để làm chúng to ra và biến chúng thành nơi cũng cấp thức ăn. Sau khi đã hoàn thành, tuyến trùng sẽ bám chặt vào rễ, ăn và sinh sản trong vài tuần và tạo ra thế hệ tiếp theo tiếp tục chu kỳ.

Trong nghiên cứu sơ bộ của Kud cùng với Shahid Siddique (phó giáo sư côn trùng học và tuyến trùng học tại Đại học California) và Davis, họ đã xác định được hai chất gây ảnh hưởng đặc biệt đáng chú ý.

Kud nói: “Thông thường, những loài tuyến trùng này sẽ có hàng trăm chất gây ảnh hưởng, và một số trong số đó quan trọng hơn những chất khác. Chúng tôi rất tin tưởng rằng hai chất gây ảnh hưởng mà dự án này tập trung vào rất quan trọng bởi vì chúng tôi thực sự đã xem xét các vị trí ăn của chúng bên trong tế bào thực vật và thấy rằng các protein này rất dồi dào”.

Phá vỡ vòng đời của tuyến trùng

Thay vì nhắm mục tiêu trực tiếp vào tuyến trùng, mục tiêu của nghiên cứu là xác định các điểm yếu trong vòng đời của tuyến trùng bằng cách hiểu cách các chất gây ảnh hưởng này tương tác với protein đậu tương.

Dự án sẽ xem xét các protein gây ảnh hưởng này hoạt động ở đâu bên trong tế bào thực vật, xác định tầm quan trọng của chúng đối với sự lây nhiễm và sinh sản của tuyến trùng, và xác định các protein đậu tương nào mà chúng tương tác trong quá trình ký sinh.

Về lâu dài, kiến ​​thức này có thể định hướng việc phát triển các giống đậu tương mới bằng cách sử dụng công nghệ chỉnh sửa gen hoặc công nghệ dựa trên RNA để ngăn chặn tuyến trùng khai thác cây trồng — mà không gây hại đến sự sinh trưởng hoặc chức năng bình thường của cây, Kud cho biết. Các phương pháp chỉnh sửa gen có thể thực hiện những thay đổi chính xác mà không cần đưa DNA ngoại lai vào, và một số cây trồng được chỉnh sửa gen có thể nằm ngoài một số quy định về công nghệ sinh học của USDA.

Ý tưởng là duy trì chức năng bình thường của protein thực vật nhưng thay đổi chúng một chút để tác nhân gây bệnh của tuyến trùng không còn có thể liên kết hoặc thao túng chúng nữa. Sẽ không có bất kỳ tác động tiêu cực nào đến sức khỏe của cây trồng, năng suất hoặc quá trình cố định nitơ, bà nói thêm.

Võ Như Cầm theo Khoa Nông nghiệp, Đại học Arkansas.